人臉識別門禁系統(tǒng)在實驗室管理中應用

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摘要：實驗室是高校進行實驗教學和科學研究的重要場所。實驗室安全對整個學校的安全和穩(wěn)定至關重要，是建設平安校園、構(gòu)建和諧社會的重要內(nèi)容。針對高校實驗室眾多，安全要求高，開放管理難度大等特點，設計了基于人臉識別技術的實驗室門禁系統(tǒng)，借用該系統(tǒng)智能監(jiān)控、風險預警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等優(yōu)勢實現(xiàn)高校實驗室的智能化管理，打造多維、動態(tài)、實時的實驗室安全管理體系，提高了實驗室的管理效率，更好的為高校教學、實驗、科研服務。

關鍵詞：人臉識別；門禁系統(tǒng)；實驗室

總書記指出，“沒有信息化就沒有現(xiàn)代化”。2014年全國教育會議上將全國教育的目標確定為“深化教育領域綜合改革，加快推進教育治理體系和治理能力現(xiàn)代化”，這是教育領域全民落實中央決策部署，適應新時代教育形勢的一次重大理論和實踐調(diào)整。近年來，隨著《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）》的頒布和實施，各高校都加快了教育信息化建設的步伐。實驗教學作為提升學生實踐能力的重要抓手，已然成為高校日常教學中必不可少的一環(huán)。但實際情況是，高校在日常的實驗室管理中由于實驗設備、場地、時間等因素限制導致實踐教學資源未得到充分利用，實踐效果并不理想。就如筆者所在的高校，實驗室的出入實行紙質(zhì)登記，不僅流程繁瑣，而且受到實驗室管理老師工作時間的限制，不利于實驗室的充分利用。因此在高校實驗室的管理和建設中引入信息化手段，開展實驗室智能管理就顯得尤為必要。借用先進的信息技術，實行實驗室開放管理，將師生的課余時間和實驗室資源利用充分融合，最大限度的發(fā)揮實驗室功能，推動實踐教學的開展和學生實踐能力的提升。

1人臉識別門禁系統(tǒng)概述

1.1人臉識別門禁系統(tǒng)的概念

人臉識別技術采用獨有的“3D結(jié)構(gòu)光人臉識別算法”與具有強大GPU運行能力的服務器完美結(jié)合，基于人的臉部特征信息進行身份識別的一種生物識別技術。其借助攝像機或攝像頭采集含有人臉的圖像或視頻流并對檢測到的人臉進行臉部識別的一系列相關技術，包括人臉圖像采集、人臉定位、人臉識別預處理、記憶存儲和比對辨識，從而達到識別不同人員身份的目的。而人臉識別門禁系統(tǒng)就是把人臉識別技術和電子門禁相結(jié)合，通過人臉識別驗證通行人員身份，從而開啟門禁的一種管理系統(tǒng)。

1.2人臉識別門禁系統(tǒng)的特點

1.2.1唯一性：每個人的面部特征都具有獨一性，無法復制仿冒，因此安全性更高。1.2.2自然性：相比于指紋、視網(wǎng)膜、虹膜、基因等生物特征，利用人臉特征進行身份驗證具有自然、直接、友好、便捷的特點，更易為用戶所接受。[1]1.2.3簡單方便：無需攜帶門禁卡,識別速度快，操作簡單便捷。1.2.4非接觸性：無需接觸設備，不用擔心病毒的接觸性傳染，既衛(wèi)生又安全。

2人臉識別門禁系統(tǒng)的組成和工作原理

2.1人臉識別門禁系統(tǒng)的組成人臉識別門禁系統(tǒng)由硬件設備(人臉識別終端、門禁控制器、電磁鎖)、控制管理軟件(人臉識別實時監(jiān)控、人臉識別門禁考勤管理系統(tǒng))組成。

2.2人臉識別門禁系統(tǒng)工作方式

2.2.1后端比較。前端人臉設備或攝像頭在捕捉到人像數(shù)據(jù)后傳送到后端服務器，由后端服務器經(jīng)過人臉搜索，找到對應的人員信息，再將開門指令傳回前端人臉設備或門禁控制器。2.2.2前端比較。服務器將授權(quán)通行人員人像信息提前發(fā)送到人臉識別設備，此時前端識別設備不再需要將捕捉到的人像傳送到服務器，相較于后端比較方式對網(wǎng)絡穩(wěn)定性要求低，在網(wǎng)絡或服務器短時間故障時依舊可以完成人臉識別工作，缺點是由于運算能力受限，人臉庫不能太大，一般在5千-1萬。

2.3人臉識別門禁系統(tǒng)工作原理

當通行人員進入動態(tài)人臉識別區(qū)域時，系統(tǒng)將自動識別該人員，并從人臉識別面板機的視頻流中截取一張人臉圖像，將截取到的人臉圖像與數(shù)據(jù)庫中的授權(quán)通行人員人臉照片進行比對分析。當通行人員的人臉圖像與系統(tǒng)人臉庫的人臉照片相似度達到一定的閥值時，人臉識別面板機則會認為比對通過，然后通過網(wǎng)絡發(fā)送開門指令至人臉識別面板機，由其控制門禁開啟；而當無法從系統(tǒng)人臉庫中找到一定閥值的人臉照片時，則會認為比對不通過，此時不會發(fā)起開門指令。無論人臉比對結(jié)果為授權(quán)用戶或非授權(quán)用戶，系統(tǒng)都會在數(shù)據(jù)庫中記錄使用者的人臉信息及其他相關信息，便于后期追蹤查找。人臉識別門禁系統(tǒng)有兩種工作模式：2.3.1工作模式-繼電器模式該工作模式適用于已經(jīng)安裝門禁控制系統(tǒng)的實驗室。當人臉識別成功后，人臉識別設備通過繼電器觸發(fā)第三方門禁控制器打開門禁，且后臺管理軟件可對門禁權(quán)限、出入人員考勤進行管理。2.3.2工作模式-韋根模式該模式同樣適用于已經(jīng)安裝門禁控制系統(tǒng)的實驗室。當人臉識別成功后，人臉識別設備通過韋根輸出觸發(fā)第三方門禁控制器打開門禁，且后臺管理軟件可對門禁權(quán)限、出入人員考勤進行管理。

3人臉識別門禁系統(tǒng)在高校實驗室管理中的應用

3.1人臉識別前端設計，實行智能化監(jiān)控，提升風險預警能力

該系統(tǒng)為每個實驗室入口部署人臉識別面板機以實現(xiàn)人臉識別門禁系統(tǒng)的應用。在設計中，人臉識別面板機集人臉圖像采集、識別、結(jié)果顯示、門禁控制等功能應用為一體，主要由高清視頻攝像頭、液晶觸控顯示屏、處理主機等部件組成。該設備作為整個門禁系統(tǒng)的核心設備，其主要功能包括白名單識別、人臉檢測、活體檢測、門禁控制、人員管理、數(shù)據(jù)管理和安全管控。首先將人員信息提前錄入系統(tǒng)，形成人像信息庫，當有人通行時，人臉識別設備現(xiàn)場采集人像信息，將其與人臉庫中的信息進行比對，即1:N的驗證，如果信息能正確匹配，則通過驗證。其次借助人臉識別設備在連續(xù)抓拍的圖片中準確定位人臉位置，其具有人臉圖像質(zhì)量評價、圖像檢測及標準化剪裁功能，當質(zhì)量分值過低時系統(tǒng)拒絕錄入，保證數(shù)據(jù)的可靠性，提高驗證精度，而且該設備能有效分辨高清照片、PS、三維模型或換臉等仿冒欺詐手段。而當身份驗證通過后，設備向電磁鎖發(fā)送開門信息，門禁自動開啟，具有超高安全保障性。再者，系統(tǒng)單機版可直接在設備上實現(xiàn)人員信息增刪改查，實現(xiàn)通行人員管理，且可通過USB接口直接導出所需的通行記錄，方便進行通行數(shù)據(jù)整理。最后，該系統(tǒng)還可以接入門鎖、門鈴、消防信號等外部接口，為實驗室提供全方位的安全管控。

3.2非接觸性操作，簡化通行手續(xù)

有別于傳統(tǒng)的人力管理，利用人臉識別門禁系統(tǒng)進行實驗室信息化管理，通過事先錄入系統(tǒng)的人像信息，經(jīng)過實驗室老師授權(quán)，就可以在約定的時間內(nèi)進入實驗室開展實驗，免去了學生需要去實驗室管理辦公室登記領還鑰匙的繁瑣手續(xù)。3.2.1實驗室用戶通行工作流程。當所有系統(tǒng)設備部署完畢后，系統(tǒng)的操作人員則需要采集學生及其他用戶的個人信息及人臉照片并將其錄入至平臺服務器，當用戶數(shù)據(jù)錄入完畢后，管理服務器將會通過局域網(wǎng)網(wǎng)絡自動同步學生數(shù)據(jù)至前端各臺人臉識別面板機，人臉識別面板機同步獲取名單后即可實現(xiàn)通行用戶的人臉比對分析并結(jié)合授權(quán)的通行時間做出開門行為、同時生成通行記錄。3.2.2實驗室訪客通行工作流程。來訪客人在經(jīng)許可進入的情況下，提供其個人人臉照片至實驗室管理人員，管理人員將來訪客人的人臉照片錄入至系統(tǒng)后臺并完善其身份信息，同時賦予臨時通行權(quán)限。當來訪客人在獲得通行權(quán)限后即可實現(xiàn)刷臉開門，其通行流程與實驗室用戶通行一致。

3.3一鍵開啟和遠程關閉功能

當前的門禁系統(tǒng)雖然采用“斷電開”模式，可以在遭遇火警等突發(fā)情況，需要緊急疏散學生時通過切斷電源開啟所有的門禁，但是必須要求管理人員去往電源總閘處關閉電源，費時又不便捷。而人臉識別門禁系統(tǒng)可通過系統(tǒng)后臺遠程實現(xiàn)一鍵開啟，此時所有的門禁系統(tǒng)都會自動打開，方便師生快速逃生，保障了人員安全。此外，可以通過系統(tǒng)后臺實時查看實驗室門禁情況，一旦非正常開啟時，可通過系統(tǒng)遠程關閉門禁，打破了現(xiàn)有門禁需要管理人員現(xiàn)場關閉的壁壘，在方便了實驗室管理的同時，也極大的增強了實驗室的安全性。除了系統(tǒng)自身的安防功能以外，通過智能門禁+網(wǎng)絡+消防系統(tǒng)還可以構(gòu)建消防聯(lián)動系統(tǒng)，實現(xiàn)災害時聯(lián)動報警。

3.4構(gòu)建智慧校園綜合駕駛艙

通過人臉識別系統(tǒng)將師生使用實驗室頻次、時間等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，并將所有的通行和非法通行數(shù)據(jù)、訪客數(shù)據(jù)、陌生人數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)等進行整合分析，便于高校借助此項統(tǒng)計開展大數(shù)據(jù)分析，為實驗室管理和智慧化建設提供數(shù)據(jù)支撐。

4結(jié)論

人臉識別門禁系統(tǒng)是一種全新的智能化系統(tǒng)，它克服了目前單一電子門禁系統(tǒng)的局限性，把先進的人臉識別技術、攝像監(jiān)控和門禁控制器有效的結(jié)合起來，從而實現(xiàn)信息化技術和實驗室管理的融合創(chuàng)新，簡化了實驗室的管理流程，提升了實驗室的管理效率。同時，運用人臉識別門禁系統(tǒng)，打破了時間和人員壁壘，實現(xiàn)實驗室的開放化管理，有助于實驗資源的充分利用，極大的提高了實驗室的使用效率。應用人臉識別門禁系統(tǒng)在提升實驗室安防功能的同時也為教師的教學和科研提供了安全和便捷，在實驗室智能化管理和高校信息化建設中具有巨大的應用價值。

參考文獻

[1]孫鋒申.人臉識別技術的門禁系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電子產(chǎn)品世界，2011（10）：43-45.

作者:許力文 單位:江蘇開放大學商學院